多孔ZnO薄膜结构与光学性能研究

采用sol-gel提拉法,以聚乙二醇(PEG2000)为模板剂,醋酸锌为前驱体,乙醇为溶剂,二乙醇胺为络合剂,在玻璃基片上生长了多孔ZnO薄膜,利用SEM和紫外分光光度计分析了多孔ZnO薄膜的表面形貌和光学性质。研究了涂膜层数,模板剂加入量对多孔ZnO薄膜结构和透射率的影响。实验结果表明:随着涂膜层数的增加,薄膜的透射率有减小的趋势;当镀膜层数一定时,加入PEG2000后,有利于ZnO多孔结构的形成,在一定范围内,孔尺寸随PEG加入量的增加而增大,薄膜的紫外-可见光透射率随PEG加入量的增加而减小。     

薄膜内杂质吸收热损伤机制的有限元分析

在介质薄膜中,薄膜中的嵌入杂质或缺陷是导致薄膜激光损伤的关键因素.为了理解球状杂质对薄膜热力学损伤的影响,以热传导方程为依据,采用有限元方法模拟了厚度为500nm的介质薄膜在激光辐射下的球状杂质吸收对薄膜的温度场分布的影响.分析了不同大小和深度的球状杂质对薄膜温度场的影响,发现大而浅的杂质对薄膜的温度场的影响较大,且薄膜在激光单脉冲作用时间内,最高温升不会出现在激光功率密度达到峰值的时刻,而是稍微滞后.     

短脉冲激光辐照下熔融石英薄膜的损伤机理

激光诱导薄膜损伤过程中,崩离化(AI)和多光子离化(MPI)的性质和作用到目前仍然存在争议.基于STUART等人的电子密度演化方程.运用数值模拟方法,研究了脉宽为τ∈[0.01,5]ps范围内单脉冲激光作用下熔融石英薄膜中电子密度演化过程;讨论了初始电子密度、激光脉冲宽度对阈值功率密度和阈值能量的影响;分析了初始电子密度、激光脉冲宽度对多光子离化及雪崩离化的影响.研究结果表明,在所研究的脉宽范围内,对于熔融石英光学薄膜、飞秒激光诱导损伤以雪崩离化为主导,多光子离化的影响随着脉宽的降低而增强,雪崩离化所需种子电子主要来源于多光子离化.     

离子辅助蒸发(1-x)TiO2-(x)Ta2O5薄膜及其光学性能研究

采用离子辅助蒸发的方法，以不同配比的Ta2O5和TiO2混合物为初始膜料在K9玻璃上制备了TiO2-Ta2O5混合薄膜，并对其透射性能和光学常数进行研究。实验结果表明，薄膜在可见光范围内的平均透射率在82％以上，并随着Ta2O5含量的增加而增加；薄膜的折射率在1．80～2．07范围内变化（550nm）。对同-Ta2O5含量的薄膜来说，退火后TiO2薄膜和80TiO2—20Ta2O5薄膜的折射率较退火前提高，而90TiO2-10Ta2O5薄膜的折射率较退火前降低。     

碱性条件下多孔SiO2增透膜的结构控制

以正硅酸乙酯为无机前躯体,在碱性条件下,采用溶胶-凝胶技术,用浸渍法提拉工艺制备了二氧化硅透明多孔薄膜.详细研究了催化剂的含量对溶胶及膜层性能的影响.利用Netzsch热分析仪研究了干凝胶在干燥过程中的热稳定性,用扫描电子显微镜(SEM)对样品薄膜的形态结构进行了表征以及用分光光度计考察了薄膜的增透性能.结果表明,氨用量的增加对溶胶黏度的影响不大,但缩短了溶胶达到最佳涂膜效果的陈化时间;随着氨水加入量的增加,SiO2颗粒的粒径增大;掺入有机添加剂N,N-二甲基甲酰胺可以提高薄膜的性能,有效抑制颗粒生长;氨水催化制备的薄膜透过率相对较高,膜层峰值在640～690nm范围内透射率达99%以上.     

挖坑效应对球形夹具下电子束蒸发沉积薄膜厚度均匀性的影响

厚度均匀性是薄膜制备过程中不可忽视的薄膜特性,厚度不均匀会导致薄膜成品率降低.熔融性比较差的镀膜材料在蒸发过程中以直接气化为主,挖坑效应比较明显.此时,在分析薄膜厚度均匀性时,蒸发源发射特性不随时间变化的假设不再合理.细分蒸发源为无数个小的薄板蒸发源,建立了镀膜材料出现挖坑效应时薄膜厚度均匀性的分析模型.结果表明,在所选镀膜机结构参数下,挖坑效应对薄膜厚度均匀性影响明显;但挖坑效应并不总导致薄膜厚度均匀性变差,设计合适的镀膜室结构以及薄膜制备工艺参数,可借助挖坑效应在一定程度上改善薄膜厚度均匀性.采用易于出现挖坑效应的材料作为镀膜材料时,该研究对设计薄膜沉积工艺参数具有指导性意义.     

玻璃基底上制备多孔氧化铝薄膜的研究

采用电子束蒸发和阳极氧化法,在B207光学玻璃基底上制备出了孔径大小可调、孔隙率可调的多孔氧化铝光学薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计分别表征了薄膜的形貌和透射率。结果表明,电子束蒸发的铝膜表面质量比电抛光的铝箔表面质量差;与一次氧化法相比,二次氧化法可以显著提高膜的表面质量;与硫酸和草酸电解液相比,在磷酸电解液中制备的多孔氧化铝薄膜具有较大的孔径,更高的孔隙率;退火有利于多孔氧化铝薄膜透射率的提高。     

多孔阳极氧化铝模板上电子束蒸发沉积TiO_2

以硫酸、草酸溶液为电解液,采用二次阳极氧化法制备了初始孔径在20~120 nm、孔间距在40~250 nm、孔深在200 nm~80μm范围内的具有高度有序纳米孔阵列的多孔阳极氧化铝(porous anodic alumina,PAA)模板。以PAA模板为基片,采用真空电子束蒸发的方法在PAA模板上制备了具有高度有序的TiO2纳米点阵列。利用场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜对其形貌进行了表征。研究表明,所形成的TiO2纳米点阵列具有同其基底PAA模板相同的序列结构。对TiO2纳米点阵列的生长形成机理进行了讨论。     

电子束蒸发沉积Ta2O5光学薄膜的研究

通过正交实验,以Ta2O5为初始膜料,采用离子源辅助电子束蒸发技术制备了Ta2O5光学薄膜。透射光谱显示,所制备的Ta2O5光学薄膜具有较高的透射率,极值点透射率约为93%,接近K9玻璃基片的透射率。极差分析表明,基片温度和离子源氧气流量是影响薄膜透射率的两个主要因素,而沉积速率的影响很小。分析了各制备参数对Ta2O5薄膜光学性能的影响,得到了采用离子源辅助电子束蒸发制备Ta2O5光学薄膜的最佳工艺参数。     

基于膜系设计控制薄膜残余应力的研究

残余应力大的薄膜,容易产生脱膜现象,使得薄膜失去所需功能.在激光薄膜领域,残余应力也是薄膜激光损伤阈值难以提高的原因之一.基于热收缩效应模型和弹性力学原理,从薄膜膜系着手提出了控制薄膜残余热应力的膜系设计原则,将该原则的评价函数用于薄膜膜系设计中,采用优化方法可以设计出残余热应力可接受的薄膜.